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융접
융접(fusion welding, 融接)은 접합하려는 두 금속재료의 접합부를 가열하여 용융 또는 반용융 하여 모재만으로 또는 모재와 용가재(filler metal)를 융합하여 접합하는 방법이다. 쉽게 말해 모재를 녹여서 붙이는 방식이다. 일반적으로 융접을 용접이라고 한다. 가스용접, 아크용접, 테르밋 용접, 일렉트로 슬래그 용접, 전자빔 용접 등 많은 용접법이 포함된다. [1]
목차
개요
융접은 모재나 재료를 녹여서 가공물을 접합하는 가공 방식으로 가장 보편적인 용접법에 속한다. 고체상에서 완전히 용해되는 물질은 융접이 잘 되며 두 금속 사이에 용해되는 중간 매개재료를 넣어 접합하기도 한다. 융접은 용접봉의 끝에 열을 가하여 녹이면서 동시에 모재도 국부적으로 녹여 용접봉의 녹는 쇳물과 함께 일체가 되도록 결합시키는 것으로 용접중 부재에 기계적 압력이나 타격을 가하지 않고 용융 상태에서 용접하는 방법이다. 융접은 용융 금속 자체의 표면에는 산화 피막이 덮여져 있어 접합을 방해하므로 이 불순물을 용제(flux)의 도움으로 슬래그로 만들어 제거한다. 용접할 때 모재와 용가재가 융합 응고된 부분을 용착금속이라 하고 이로 만들어진 것을 비드(bead)라고 하며 표면에 생긴 물결모양을 리플이라 부른다. 아크융접은 융접 중에 많이 사용되는 방식으로 아크용접은 전극과 모재의 표면 사이에 발생하는 전기적 아크에 의한 열로 두 금속을 녹여서 접합하는 방법이다. 이 아크를 통하여 전류가 흐르고 열을 발생시켜 금속이 녹게 된다. 직류 혹은 교류 전원을 사용할 수 있다.[2][3][4][5]
종류
아크용접
아크용접(arc welding, AW)은 모재와 용접봉 사이에 전류를 통하여 아크를 발생시켜 그 열로써 접합부를 용융 접착시키는 것을 말한다. 여러 가지 용접 방법 중 널리 애용되고 있는 아크용접 중에서 금속 전극봉을 사용하는 금속 아크용접이 가장 많다. 보통 아크용접이라 하면 금속 아크용접으로 생각해도 좋다. 2개 이상의 금속을 접합시키기 위한 방법에는 여러 가지가 있다. 그중에서 가장 많이 사용되고 있는 것이 아크용접법이다. 아크란 용접봉과 모재 사이에 전압을 걸고 용접봉 끝부분을 모재에 살짝 접촉시켰다가 떼는 순간에 불꽃 방전에 의해 원호(arc) 모양의 청백색의 강한 빛을 내는 부분을 말한다. 아크의 중심부에 있는 지름이 작고 백색에 가까운 아주 밝은 부분을 아크중심이라 하며 이 부분의 길이를 아크길이(arc length)라 하며 이 중심 부위를 둘러싼 담홍색부분을 아크기둥(arc column)이라 하고 그 외부를 둘러싼 불꽃을 아크 불꽃이라 한다.
금속 전극에는 심선 그대로 사용하는 비피복봉과 대기 중에 있어서 용착 금속의 산화 또는 질화를 방지하기 위하여 혹은 아크 안정화의 목적으로 용제를 심선에 발라 놓은 피복 용접봉이 있다. 비피복봉은 그 자체를 단독으로 사용하는 경우는 적고 피복 용접봉과 같은 효과를 거두기 위하여 헬륨이나 아르곤과 같은 불활성가스의 기류 속에서 사용하든지 또는 서브머지드 아크용접과 같이 별도의 분말상의 용제를 공급하면서 사용하는 것으로 단지 용접봉이라 하면 피복 용접봉을 말하는 수가 많다. 전원에 직류를 사용하는 것을 직류 아크용접, 교류를 사용하는 것을 교류 아크용접이라고 한다. 용접의 초기에는 아크의 안정을 위하여 직류 용접이 많이 이용되었으나 피복제의 개량 발달에 따라 아크의 안정화가 이룩되므로 값이 싸고 전원이 풍부한 교류 용접이 많이 이용되고 있다.[6]
피복아크용접
피복아크용접(Shielded Metal Arc Welding, SMAW)은 압력을 가하지 않는 용접의 가장 흔한 형태로 피복 금속아크용접, 막대용접(stick welding or stick rod welding), 전기용접, 전극용접(electrode welding, or coated electrode welding), 또는 수동 금속아크용접(manual metal arc welding)이라 불리기도 한다. 이는 피복제를 바른 용접봉과 모재 사이에 전기 아크에 의해 발생되는 열을 이용하여 용접하는 방식이다. 용접 회로는 전원(직류, 교류 모두 가능), 전극 케이블, 용접봉 홀더, 피복아크 용접봉, 모재(피 용접물), 접지케이블로 이루어져 있다. 직류인 경우 전압은 대개 10-50V이며 이때 전류는 2000A까지 올라갈 수도 있다. 용접봉은 용접 모재 사이의 틈을 채우기 위하여 필요하며 용가재라고도 하며 또한 모재와 용접봉 사이의 아크를 발생시키는 전극의 역할을 하므로 전극봉(electrode)라고 한다.
가스용접
가스용접(gas welding)은 가연성 가스의 연소열(약 3,000℃)을 이용하여 금속을 가열하여 용접하는 방법으로 지연성 가스로 산소를 사용하고 가연성 가스로 아세틸렌, 수소, 프로판, 메탄 등이 사용되며 이들 중 산소-아세틸렌 용접이 대부분을 차지한다. 가스 용접은 아크용접과 같이 융접의 일종이다. 산소-아세틸렌 불꽃의 성질은 토치 내에서의 아세틸렌과 산소의 혼합비에 의하여 환원성 불꽃, 산화성 불꽃, 중성불꽃으로 된다. 가스용접은 용접할 부분을 가스로 가열하여 접합하는 방법으로서 용접봉을 동시에 가열하여 첨가하는 경우와 첨가하지 않는 경우의 두 가지 방법이 있다. 또한 용접 부분에 전혀 압력을 가하지 않고 용접할 때와 압력을 가하여 압접하는 방법이 있다. 전자를 가스 융접법이라고 하고, 후자를 가스 압접법이라고 한다. 가스용접에 사용되는 가스는 산소와 아세틸렌, 산소와 수소, 공기와 아세틸렌 등이 있으나 1901년 경에 프랑스 Picard와 Fouche가 가스용접법을 발견한 이후 용접에 사용되는 가스에는 공업용으로 대부분이 아세틸렌가스만을 사용하므로 현재 가스용접이라고 하면 산소-아세틸렌가스 용접을 말한다. 아세틸렌가스는 카바이드에 물을 작용시킬 때 발생되는 가스로서 산소와 아세틸렌가스를 토치를 통하여 일정한 양을 혼합하여 적당한 분위기로 만들어 용접할 부분을 가열하면 3000℃의 고온이 얻어진다. 혼합비가 적당하지 않으면 용접 부분의 재질이 변하거나 용접이 잘되지 않는다. 용접할 때 토치를 오른손에 잡고 용접 부분을 가열 용융시키고, 왼손에 잡은 용접봉을 필요에 따라 첨가 보충한다. 화염의 방향과 용접의 진행 방향에 따라 전진법과 후퇴법이 있다.[7]
테르밋 용접
테르밋 용접(thermit welding)은 용접 열원을 외부로부터 가하는 것이 아니라 테르밋 반응에 의해 생성되는 열을 이용하여 금속을 용접하는 방법이다. 테르밋 반응(thermit reaction)이란 금속 산화물과 알루미늄 간의 탈산 반응을 총칭하는 것이다. 미세한 알루미늄 분말과 산화철 분말, 즉 FeO, Fe2O3, Fe3O4를 약 3∼4:1의 중량비로 혼합한 테르밋제(thermit mixture)에 과산화바륨과 알루미늄(또는 마그네슘) 등의 혼합 분말로 된 점화 재를 놓고 이것을 점화하면 점화제의 화학반응에 의하여 테르밋 반응을 시작하는데 필요한 약 1,200 ℃ 이상의 고온이 얻어진다. 이 고온에 의해 강렬한 발열을 일으키는 테르밋 반응으로 되어 약 3,000 ℃에 달한다. 그 결과 산화철은 환원되어 용융 상태의 순철(純鐵)로 된다. 그러나 실제로는 용접 금속의 품질과 성질을 조정하기 위하여 테르밋제에 다른 합금 원소나 탈산제 등을 배합하여 사용한다. 또 이 용접 법에는 용융 테르밋 용접법과 가압 테르밋 용접법이 있는데 주로 용융 테르밋 용접법이 사용되고 있다.
일렉트로 슬래그 용접
일렉트로 슬래그 용접 혹은 일렉트로 슬랙 용접(electroslag welding)은 일종의 자동 용접법으로 전극-슬랙-모재 등의 사이에 전류를 통하게 하여 용접하는 방식으로 용접 두께가 비교적 큰 재료에 적합한 방식이다. 일렉트로 슬랙 용접의 원리는 전극-슬랙-모재 등의 사이에 전류를 통하게 하면 처음에는 아크가 발생하나 이후에는 슬랙이 용해되면서 아크는 없어지고 전극의 일부가 용융되면서 슬랙 아래쪽에 용착 금속이 얻어진다. 용접봉 전극은 자동적으로 이송되면서 용접된다. 이 방법은 두께가 큰 재료에 유리하며 또한 서브머지드 용접보다 능률이 우수하다.
일렉트로 가스(아크)용접
수직 전용 용접이라는 점에서는 일렉트로 슬랙 용접과 같지만 사용되는 열원이 아크라는 점에서 크게 다르다. 용접의 원리는 수냉 동판으로 용접 부위를 둘러싸고 그 안으로 CO2를 집어넣어 보호 가스 분위기를 만든 이후에 와이어 가이드 노즐을 통하여 복합(용접) 와이어를 송급 하여 복합 와이어 끝과 모재 간에 발생하는 아크에 의해 복합 와이어와 모재를 용융하여 용접을 진행한다. 보호 가스는 모재의 재질에 따라서 사용되며 강(鋼)에 대해서는 주로 CO2가 사용되지만, CO2-Ar, Ar-O2등 혼합 가스를 사용할 때도 있다.
전자빔 용접
전자빔 용접(Electron beam welding)은 고진공(10-4∼10-6㎜ Hg)중에서 고속의 전자빔을 모아서 그 에너지를 접합부에 조사하여 그 충격 열은 이용하는 용접법이다. 진공 중에 서 용점이 되므로 높은 순도의 용접이 되지만 X선 피해에 대한 특수 보호장치가 필요하다.
레이저빔 용접
레이저(Light Amplification by Stimulated Emission of Radition)는 유도방사(誘導放射)를 이용한 빛의 증폭기 혹은 발진기(發振器)를 말 한다. 여기에서 만들어진 빛은 강한 에너지를 가지고 있으며 집속성 (coherence)이 강한 단색 광선이다. 이때의 출력을 이용하여 용접을 하는 것이다.
전기저항용접
전기 저항 용접(electric resistance welding)은 금속에 전류가 흐를 때 일어나는 열은 이용하여 압력을 주면서 용접하는 방법이다. 용접하고자 하는 2개의 금속면을 서로 맞대어 놓고 적당한 기계적 압력을 주면서 전류를 흐르게 하면 접촉면에 존재하는 접촉저항 및 금속 자체의 저항 때문에 접촉면과 부근에 열이 발생하여 온도가 오르게 된다. 그 부분에 가해진 압력 때문에 양면이 완전히 밀착하게 되며 이때 전류를 끊어서 용접을 완료하게 된다. [8]
각주
참고자료
- 〈용접〉, 《위키백과》
- 〈융접〉, 《네이버 지식백과》
- 〈융접(融接)〉, 《네이버 지식백과》
- 〈용접의 분류(공학나라) 기계 공학 기술정보〉, 《티스토리》
- weldschool, 〈(용접)융접,압접,납땜이란〉, 《네이버 블로그》, 2011-07-12
- m^t&chq, 〈아크용접〉, 《티스토리》, 2021-11-15
- m^t&chq, 〈가스용접〉, 《티스토리》, 2021-11-15
- 〈용접의 개념 및 분류〉, 《삼진웰텍》
같이 보기
